ОБЩИЕ СВОЙСТВА ДИФФУЗИОННЫХ ПЛАМЕН

В зону протекания химической реакции окислитель и горючее поступают нагретыми до высокой температуры тепловым потоком от зоны реакции, в которой выделяется большое количество тепла; поэтому скорость химической реакции в этой зоне велика. Так как общее количество вещества, сгорающее в единицу времени, ограничено подаваемым количеством газа, то из-за большой скорости реакции ширина зоны реакции, а также концентрации горючего и окислителя в ней малы.

Подчеркнём, что в зоне реакции должны быть малыми одновременно концентрации и горючего, и окислителя. Распределение концентраций горючего и окислителя показаны на рисунке пунктиром. Только такие распределения в которых совпадают места перехода от линейных зависимостей a₁(x), a₂(x) к нулевым концентрациям в зоне химического превращения, удовлетворяют исходным условиям.

Представление о том, что диффузионное горение происходит в узкой зоне, определяющей область, где находится окислитель и нет горючего, от области, где имеется горючее, но нет окислителя, сложилось уже давно.

Приближение поверхности горения справедливо, если скорость химической реакции намного превосходит скорость диффузии реагентов; оно является асимптотически верным при стремлении к нулю отношения характерных времён химической реакции и диффузии.

Распределения концентраций реагирующих компонентов вблизи плоской поверхности реакции могут быть выражены через общее количество вещества, реагирующего на единице поверхности пламени в единицу времени. Если эту величину обозначить через m, то диффузионные потоки реагентов в пламя связаны с m следующим образом:

(система координат показана на рисунке выше.) Интегрирование этих соотношений приводит к линейным распределениям концентраций реагентов вблизи плоской поверхности реакции

Итак, при быстром горении неперемешанных газов температура горения и концентрация продуктов реакции в зоне горения получаются в точности такими же, как и при горении заранее перемешанной стехиометрической смеси окислителя и горючего. В каком соотношении не находились бы подаваемые раздельно потоки окислителя и горючего, пламя устанавливается всегда именно в таком положении, чтобы поступление реагентов в пламя происходило в стехиометрическом соотношении.

 

                           

             

    35. ПРЕДЕЛ ДИФФУЗИОННОГО ГОРЕНИЯ. ПРИРОДА ПРЕДЕЛА И УСЛОВИЕ ПОГАСАНИЯ ПЛАМЕНИ.

При недостаточной скорости хим реакции зона хим превращения расширяется и возникают отклонения от предельной модели. По аналогии с другими критическими явлениями горения и теплового взрыва можно ожидать, что уменьшение скорости реакции выражающееся вначале лишь в некотором кол-ном изменении структуры зоны горения – расширении зоны реакции – затем, после достижения опр критического значения, приведет к погасанию пламени, горение станет невозможным. В смеси заранее перемешанных газов имеются пределы распространения пламени, обусловленные тепловыми потерями от зоны горения в стенки трубы и на излучение. Из-за тепловых потерь снижается температура пламени и уменьшается скорость его распространения. Снижение скорости приводит к тому, что тепловые потери увеличиваются еще больше, температура пламени прогрессирующе падает и т.д. Критическое условие возможности горения характеризуется предельной величиной, на которую может понизиться температура горения: если тепловые потери приводят к снижению температуры пламени на величину, большую чем RT²_b/E (T_b – адиабатическая температура сгорания), то происходит погасание пламени. В диффузионном пламени уменьшение температуры диффузионного пламени не приводит к изменению кол-ва газа, сгорающего на единице его поверхности, поскольку скорость горения определяется скоростью диффузии. Поэтому срыв горения из-за теплопотерь осуществляется в диффузионном пламени при меньшей интенсивности горения по сравнению с пламенем в смеси заранее перемешанных газов и природа критического условия иная. Однако в диффузионном пламени имеется предел горения совсем другой физической природы, который возникает при попытке получить макс высокую интенсивность горения. Этот предел связан с конечностью скорости хим реакции. При увеличении скорости подачи окислителя и горючего в зону реакции наступает момент, когда скорость хим реакции оказывается недостаточной для того, чтобы переработать поступающее в пламя вещество, зона горения охлаждается, что приводит к дальнейшему уменьшению скорости реакции. И происходит погасание пламени. Существование максимального значения скорости потребления реагирующих веществ объясняется след образом. При малой ширине зоны реакции – хим реакцию можно считать мгновенной, с увеличением ширины зоны происходит интенсификация горения. Дело в том, что теплоотвод из зоны реакции увеличивается в той же мере, в какой увеличивается тепловыделение за счет большего кол-ва сгорающих газов, максимальная температура в пламени остается постоянной при больших потомках реагентов в пламени, концентрация каждого вещества в зоне реакции пропорциональны ширине зоны реакции. При дальнейшем увеличении расхода реагентов для обеспечения заданной скорости горения увеличивается «перекрывание» концентраций окислителя и горючего в зоне реакции. Скорость реакции, экспоненциально зависящая от температуры, резко падает, что при достаточно больших расходах реагентов приводит к погасанию диффузионного пламени. Вместо режима горения происходит перемешивание холодных газов при начальной температуре. Существование предела диффузионного горения, обусловлено конечностью скорости хим реакции.

 

 

⇐ Предыдущая10111213141516171819Следующая ⇒

Поделиться: